Навигация по таблицам
- Таблица 1: Типы изоляторов по конструкции
- Таблица 2: Сравнение материалов изоляторов
- Таблица 3: Классификация по напряжению
- Таблица 4: Механические характеристики
- Таблица 5: Электрические характеристики
- Таблица 6: Действующие стандарты
Таблица 1: Типы изоляторов по конструктивному исполнению
| Тип изолятора | Обозначение | Область применения | Диапазон напряжений | Особенности конструкции |
|---|---|---|---|---|
| Штыревые | ШС, ШФ | ЛЭП 6-35 кВ | До 35 кВ | Крепление на штырь или крюк |
| Подвесные тарельчатые | ПС, ПФ | ЛЭП 35 кВ и выше | 35-1150 кВ | Сборка в гирлянды |
| Стержневые | ИС, ИОС | Подстанции, РУ | От 1 кВ | Восприятие нагрузки в любой плоскости |
| Опорные | ИОР, ИО | Внутренние установки | 1-750 кВ | Крепление шин и оборудования |
| Проходные | ИП | Переходы через стены | 1-500 кВ | Герметичное исполнение |
| Полимерные | ОЛКП, ПЛК | ЛЭП, загрязненные районы | 6-500 кВ | Силиконовая оболочка |
Таблица 2: Сравнительные характеристики материалов изоляторов
| Материал | Плотность, г/см³ | Прочность на сжатие, МПа | Диэлектрическая проницаемость | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|---|---|---|
| Фарфор | 2,3-2,5 | 400-600 | 5-7 | Высокая прочность, стойкость к УФ | Больший вес, хрупкость |
| Закаленное стекло | 2,4-2,6 | 800-1200 | 6-8 | Визуальный контроль, меньший вес | Чувствительность к ударам |
| Силиконовая резина | 1,1-1,3 | 10-20 | 3-4 | Гидрофобность, легкость | Старение от УФ, высокая стоимость |
| ЭПДМ резина | 1,2-1,4 | 15-25 | 3-5 | Стойкость к озону | Потеря гидрофобности |
Таблица 3: Классификация изоляторов по напряжению и применению
| Номинальное напряжение, кВ | Тип изолятора | Количество в гирлянде, шт | Минимальное воздушное расстояние, м | Область применения |
|---|---|---|---|---|
| 0,4 | Штыревые | 1 | 0,6 | Низковольтные сети |
| 6-10 | Штыревые | 1-2 | 1,0 | Распределительные сети |
| 35 | Подвесные/Штыревые | 3-5 | 1,5 | Питающие линии |
| 110 | Подвесные | 7-9 | 3,5 | Магистральные ЛЭП |
| 220 | Подвесные | 12-15 | 5,5 | Системообразующие ЛЭП |
| 330 | Подвесные | 18-22 | 7,5 | Межсистемные связи |
| 500 | Подвесные | 25-30 | 10,5 | Дальние передачи |
| 750 | Подвесные | 38-45 | 16,0 | Сверхдальние передачи |
Таблица 4: Механические характеристики подвесных изоляторов
| Тип изолятора | Разрушающая нагрузка, кН | Рабочая нагрузка, кН | Масса, кг | Высота, мм | Диаметр, мм |
|---|---|---|---|---|---|
| ПС-70Д | 70 | 35 | 3,6 | 127 | 255 |
| ПС-120А | 120 | 60 | 5,2 | 146 | 280 |
| ПС-160Б | 160 | 80 | 6,8 | 170 | 320 |
| ПС-210Б | 210 | 105 | 8,5 | 190 | 380 |
| ПС-300Б | 300 | 150 | 12,0 | 210 | 420 |
| ПФ-70В | 70 | 35 | 4,2 | 135 | 260 |
Таблица 5: Электрические характеристики изоляторов
| Тип изолятора | Сухоразрядное напряжение, кВ | Мокроразрядное напряжение, кВ | Импульсное напряжение, кВ | Длина пути утечки, мм | Радиопомехи, мкВ |
|---|---|---|---|---|---|
| ШС-10 | 50 | 25 | 110 | 240 | 50 |
| ПС-70Д | 80 | 45 | 125 | 320 | 50 |
| ПС-120А | 90 | 50 | 140 | 380 | 50 |
| ПСГ-70А (грязестойкий) | 80 | 50 | 125 | 550 | 50 |
| Полимерный 35 кВ | 100 | 65 | 170 | 900 | 25 |
Таблица 6: Действующие стандарты и нормативы
| Стандарт | Название | Дата введения | Область применения | Основные требования |
|---|---|---|---|---|
| ГОСТ 6490-2017 | Изоляторы линейные подвесные тарельчатые | 2018 | Подвесные изоляторы | Технические условия, испытания |
| ГОСТ 27661-2017 | Изоляторы линейные. Типы, параметры и размеры | 2018 | Все линейные изоляторы | Унификация типоразмеров |
| ГОСТ Р 55195-2012 | Требования к электрической прочности изоляции | 2014 | Электрооборудование 1-750 кВ | Испытательные напряжения |
| ГОСТ Р 50779.10-2000 | Статистические методы. Приемочный контроль | 2001 | Методы контроля качества | Статистический отбор образцов |
| МЭК 60383 | Международный стандарт изоляторов | 2022 | Подвесные изоляторы | Требования и испытания |
Оглавление статьи
- Типы изоляторов по конструктивному исполнению
- Материалы изготовления и их характеристики
- Классификация по напряжению и области применения
- Механические характеристики и нагрузки
- Электрические характеристики и методы испытаний
- Стандарты качества и нормативные требования
- Критерии выбора и эксплуатационные особенности
Типы изоляторов по конструктивному исполнению
Электрические изоляторы представляют собой критически важные элементы энергосистемы, обеспечивающие надежную изоляцию токоведущих частей от заземленных конструкций. По своему назначению изоляторы делятся на опорные, подвесные и проходные. Опорные изоляторы, в свою очередь, подразделяются на стержневые и штыревые, а подвесные — на изоляторы тарельчатого типа и стержневые.
Конструкция и размеры изоляторов определяются прикладываемыми к ним механическими нагрузками, электрическим напряжением установок и условиями их эксплуатации. Современная классификация изоляторов основывается на нескольких ключевых параметрах, которые определяют их функциональное назначение и область применения в электроэнергетических системах.
Штыревые изоляторы
На линиях электропередачи напряжением от 6 до 35 кВ применяют так называемые штыревые изоляторы, которые крепятся непосредственно на опорах с помощью металлических штырей или крюков. Обозначение штыревых линейных изоляторов, например ШС10, означает: штыревой стеклянный на 10 кВ. Эти изоляторы характеризуются компактностью и простотой монтажа, что делает их предпочтительными для распределительных сетей среднего напряжения.
Подвесные тарельчатые изоляторы
Подвесные тарельчатые изоляторы применяются на воздушных линиях электропередачи 35 кВ и выше. Они состоят из изолирующей детали (из стекла или фарфора), на которой при помощи цемента укрепляется металлическая арматура — шапка и стержень. На линиях более высокого напряжения — гирлянды из подвесных изоляторов, число которых в гирлянде определяется номинальным напряжением линии.
Конструктивная особенность подвесных изоляторов заключается в возможности их соединения в гирлянды различной длины, что позволяет адаптировать изоляционную конструкцию к требуемому уровню напряжения. Каждый изолятор в гирлянде работает как отдельный изоляционный элемент, а их последовательное соединение обеспечивает необходимую общую изоляционную способность.
Специальные конструкции изоляторов
Для применения в условиях пустыни, солончаков и в районах с трудными ветровыми условиями выпускают специальные изоляторы с конической и сферической изоляционной деталью, снижающей ветровую нагрузку на гирлянды и опору, а так же обеспечивающей лучшее очищение поверхности изолятора от пыли. Эти изоляторы имеют оптимизированную аэродинамическую форму, которая минимизирует накопление загрязнений и снижает ветровое воздействие.
Материалы изготовления и их характеристики
Выбор материала для изготовления изоляторов является критически важным фактором, определяющим их эксплуатационные характеристики, долговечность и надежность работы в различных климатических условиях. Современная промышленность использует три основных группы материалов для производства электрических изоляторов.
Фарфоровые изоляторы
Фарфоровые изоляторы изготавливаются из высококачественного фарфора, обладающего отличными электрическими и механическими свойствами. Изоляторы этого типа устойчивы к воздействию высоких температур и ультрафиолетового излучения. Фарфор как материал характеризуется высокой механической прочностью, химической стойкостью и стабильными диэлектрическими свойствами в широком температурном диапазоне.
Технология изготовления фарфоровых изоляторов включает высокотемпературный обжиг при температуре 1200-1400°C, что обеспечивает формирование плотной керамической структуры с минимальной пористостью. Поверхность фарфоровых изоляторов покрывается специальной глазурью, которая улучшает их гидрофобные свойства и устойчивость к загрязнениям.
Стеклянные изоляторы
Стеклянные изоляторы изготавливаются из закаленного стекла, которое обеспечивает высокую прочность и устойчивость к механическим воздействиям. Прозрачность стекла позволяет легко выявлять дефекты и повреждения. Используя высокие физико-механические свойства специального стекла, можно изготовлять линейные Изоляторы значительно меньших размеров, чем фарфоровые на те же электрические характеристики и механические нагрузки.
• Масса на 15-20% меньше фарфоровых аналогов
• Визуальный контроль целостности без специального оборудования
• Самоочистка поверхности благодаря гладкой структуре
• Высокая устойчивость к термоударам
Высокая механическая прочность и термостойкость стеклянных изоляторов обеспечиваются специальной термической обработкой - закалкой, которая повышает прочность на разрыв и изгиб. Процесс закалки стекла создает внутренние напряжения сжатия в поверхностных слоях, что значительно увеличивает общую механическую прочность изделия.
Полимерные изоляторы
В качестве элемента, воспринимающего механические нагрузки, в изоляторах используется высокопрочный стеклопластиковый стержень, соизмеримый по прочности с легированными конструкционными сталями. Высокая гидрофобность поверхности цельнолитой защитной оболочки из кремнийорганической резины (силикона) практически в любых условиях загрязнения обеспечивает низкие токи утечки (на 1 – 2 порядка ниже, чем у фарфоровых изоляторов), что, в свою очередь, повышает разрядные характеристики и положительным образом влияет на энергосбережение.
Полимерные изоляторы представляют собой композитную конструкцию, состоящую из несущего стеклопластикового стержня и защитной оболочки из эластомерного материала. Силиконовая резина обладает уникальным свойством восстанавливать гидрофобность поверхности после загрязнения, что критически важно для работы в промышленных районах с высоким уровнем загрязнения атмосферы.
Классификация по напряжению и области применения
Классификация изоляторов по номинальному напряжению является основополагающей для их правильного выбора и применения в электроэнергетических системах. Напряжение определяют по изоляторам ЛЭП, а дополнительно учитывают внешний вид самой конструкции и число проводов. Каждый класс напряжения предъявляет специфические требования к изоляционным характеристикам и конструктивному исполнению изоляторов.
Низковольтные сети (до 1 кВ)
ВЛ до 1 кВ. Применимы только штыревые изоляторы. В сетях низкого напряжения используются простейшие конструкции изоляторов, поскольку требования к изоляционным расстояниям минимальны. Основная функция таких изоляторов заключается в механическом креплении проводов и обеспечении минимально необходимой электрической изоляции.
Изоляторы для низковольтных сетей изготавливаются преимущественно из фарфора или полимерных материалов. Их конструкция оптимизирована для простоты монтажа и минимизации затрат при массовом применении в распределительных сетях населенных пунктов.
Распределительные сети среднего напряжения (6-35 кВ)
ВЛ 6-20 кВ: на промежуточных опорах – любой из видов, на анкерных – подвесные и иногда штыревые изоляторы. Для этого класса напряжений характерно использование как штыревых, так и подвесных изоляторов в зависимости от конкретных условий эксплуатации и типа опорных конструкций.
35 кВ. Имеют гирлянду из 3-5 подвесных изоляторов для каждого из трех фазных проводов. Такие линии обычно проходят уже за городом. Переход к гирляндам подвесных изоляторов на напряжении 35 кВ обусловлен необходимостью обеспечения более высоких изоляционных характеристик и механической надежности.
Высоковольтные и сверхвысоковольтные сети (110 кВ и выше)
Применяются в линиях электропередач высокого и сверхвысокого напряжения (до 1100 кВ и выше). Подвесные изоляторы состоят из отдельных секций, которые могут быть собраны в гирлянду для достижения необходимой изоляционной способности. Количество изоляторов в гирлянде определяется не только номинальным напряжением, но и климатическими условиями, степенью загрязнения атмосферы и требованиями к надежности.
Для линий 110 кВ и выше используются исключительно подвесные изоляторы, собранные в гирлянды. Длина гирлянды рассчитывается исходя из требуемых изоляционных расстояний и с учетом коэффициентов запаса, обеспечивающих надежную работу в любых эксплуатационных условиях.
Механические характеристики и нагрузки
В условиях эксплуатации изоляторы находятся под электрическим напряжением и одновременно воспринимают механическую нагрузку от массы проводов, гололедных отложений, напора ветра, вибрации, пляски, а также тяжения проводов. Механические характеристики изоляторов являются критически важными параметрами, определяющими их способность выдерживать эксплуатационные нагрузки без разрушения.
Виды механических нагрузок
Основными характеристиками изолятора являются: механическая разрушающая сила - наименьшее значение силы, приложенной к изолятору в определенных условиях, при которой он разрушается, кН; электромеханическая разрушающая сила - наименьшее значение силы, приложенной к изолятору в определенных условиях и находящемуся под действием электрических потенциалов, при которой он разрушается, кН
Изоляторы воспринимают различные типы механических воздействий: статические нагрузки от веса проводов и гирлянд, динамические нагрузки от ветрового воздействия, дополнительные нагрузки от гололедно-изморозевых отложений, а также импульсные нагрузки от обрыва проводов или короткого замыкания.
Расчет механических нагрузок
F = (G_пр × l_вес + G_гир) / n_ф × k_зап
где:
G_пр - вес провода на единицу длины, Н/м
l_вес - весовой пролет, м
G_гир - вес гирлянды изоляторов, Н
n_ф - число проводов в фазе
k_зап - коэффициент запаса (обычно 2,5-3,0)
Нормативную механическую нагрузку на изоляторы характеризует коэффициент запаса прочности n, который является отношением разрушающей нагрузки к нормативной, действующей на изоляторы в соответствующем режиме. Коэффициент запаса обеспечивает надежную работу изоляторов при превышении расчетных нагрузок.
Особенности механических испытаний
У подвесных изоляторов обязательно проверяется механическая характеристика. Для этого в течении минуты к нему прикладывается механическая нагрузка, которую регламентируют заводские или государственные нормы. Механические испытания проводятся как на отдельных изоляторах, так и на готовых гирляндах в сборе.
Предельная механическая нагрузка, которую изолятор выдерживает одновременно с электрическим напряжением в течение 1 часа без каких-либо повреждений, т. е. без образования мелких трещин, называется одночасовой механической нагрузкой (или прочностью). Эта нагрузка обычно составляет около 75% разрушающей.
Электрические характеристики и методы испытаний
Обязательной для всех изоляторов является проверка напряжением перекрытия в течении трех минут, при котором на изоляторе возникают искровые разряды. Электрические характеристики изоляторов определяют их способность выдерживать рабочие и аварийные электрические воздействия без пробоя или перекрытия.
Основные электрические характеристики
Сухоразрядное напряжение – напряжение, при котором наступает искровой разряд по поверхности в сухом её состоянии при нормальных условиях окружающей среды. Мокроразрядное напряжение – то же самое, но под дождем, если его струи попадают на изолятор под углом в 45 градусов.
Сила дождя при этом равна 5 мм/мин, удельное объемное сопротивление воды — 9500-10500 Ом*см (при 20°С). Так как вода проводит электрический ток – мокроразрядное напряжение всегда ниже сухоразрядного. Различие между сухо- и мокроразрядными характеристиками обусловлено влиянием влаги на поверхностное сопротивление изоляционного материала.
Методы электрических испытаний
Тестирование на частичное разрядное напряжение (PD): Проверка на наличие частичных разрядов, которые могут указывать на наличие дефектов внутри изолятора. Испытания на электрические потери: Измерение потерь энергии в изоляторе при протекании тока, что может свидетельствовать о качестве изоляционного материала.
• Одноминутное испытание переменным напряжением
• Испытание грозовыми импульсами (1,2/50 мкс)
• Испытание коммутационными импульсами (250/2500 мкс)
• Испытание под дождем при заданной интенсивности
Значение выдерживаемого испытательного напряжения под дождем зависит от формы изолятора, наличия капельниц (выступов в нижней части ребра изолятора, предохраняющих ее поверхность от смачивания водой), угла наклона оси изолятора к горизонтали. Конструктивные особенности изоляторов значительно влияют на их поведение в условиях атмосферных осадков.
Длина пути утечки
длина пути утечки - кратчайшее расстояние или сумма кратчайших расстояний по контуру наружной изоляционной поверхности между частями, находящимися под разными электрическими потенциалами, мм. Этот параметр критически важен для работы изоляторов в условиях загрязнения атмосферы.
Грязестойкие изоляторы имеют увеличенную длину пути утечки и конструктивные отличия, облегчающие условия обмывки их с поверхности. Увеличение длины пути утечки достигается за счет более сложного профиля изоляционной поверхности с дополнительными ребрами и выступами.
Стандарты качества и нормативные требования
Настоящий стандарт устанавливает следующие виды нормированных испытательных напряжений (далее - испытательные напряжения) изоляции электрооборудования: - напряжения грозовых импульсов (по 4.5); - напряжения коммутационных импульсов (по 4.6); - кратковременные переменные напряжения (по 4.7): одноминутное (по 4.7.2а) и при плавном подъеме (по 4.7.2б); - длительное переменное напряжение (по 4.8)
Национальные стандарты
Изоляторы должны соответствовать требованиям настоящего стандарта, технических условий и конструкторской документации на изоляторы конкретного типа. Примечание — Типы, параметры и размеры линейных подвесных тарельчатых фарфоровых и стеклянных изоляторов — по ГОСТ 27661-2017. Соответствие государственным стандартам является обязательным условием для применения изоляторов в энергосистемах.
ГОСТ 6490-2017 устанавливает технические требования к подвесным тарельчатым изоляторам, включая материалы, конструктивные параметры, электрические и механические характеристики, а также методы испытаний. Стандарт определяет требования к маркировке, упаковке и транспортированию изоляторов.
Международные стандарты
Испытания готовых изоляторов выполняются согласно положений ГОСТ 6490-93 и МЭК 60383 на соответствующем испытательном оборудовании. Международный стандарт МЭК 60383 гармонизирован с российскими нормативами и обеспечивает взаимозаменяемость изоляторов различных производителей.
Стандарты МЭК устанавливают единые требования к классификации, испытаниям и эксплуатационным характеристикам изоляторов, что способствует международному техническому сотрудничеству и обеспечивает качество продукции на мировом рынке.
Контроль качества и сертификация
Для проверки соответствия изоляторов требованиям настоящего стандарта устанавливают следующие виды испытаний: приемо-сдаточные, квалификационные (приемочные), периодические и типовые. Система контроля качества обеспечивает соответствие изоляторов заявленным характеристикам на всех этапах производства и эксплуатации.
• Приемо-сдаточные - на каждой партии
• Типовые - при разработке нового типа
• Периодические - через установленные интервалы
• Квалификационные - при сертификации производства
Для электрооборудования массового производства (например, изоляторов классов напряжения от 3 до 35 кВ) типовым испытаниям могут быть подвергнуты несколько образцов, если это указано в стандартах на электрооборудование отдельных видов.
Критерии выбора и эксплуатационные особенности
При проектировании выбор изоляторов производится на основании требований [13], определяющих необходимую механическую и электрическую прочность. Исходными данными для выбора изоляторов при проектировании являются: напряжение воздушной линии; район прохождения трассы линии (особое внимание уделяют высоте над уровнем моря, наличию или отсутствию участков с загрязненной атмосферой)
Климатические условия эксплуатации
В местностях, прилегающих к химическим, металлургическим, цементным заводам, воздух содержит значительное количество пыли, серы и других веществ, которые образуют на поверхности изоляторов вредный осадок, снижающий их электрическую прочность. Вблизи моря и соленых озер воздух имеет большую влажность и содержит значительное количество соли, которая также образует вредный осадок.
Выбор типа изолятора должен учитывать специфические условия эксплуатации. В районах с высоким уровнем загрязнения атмосферы применяются грязестойкие изоляторы с увеличенной длиной пути утечки. В прибрежных районах предпочтение отдается полимерным изоляторам с высокими гидрофобными свойствами.
Технико-экономические критерии
Стеклянные изоляторы легче фарфоровых и лучше их противостоят ударным нагрузкам. К достоинствам стеклянных изоляторов относится и то, что в случае электрического пробоя или разрушающего механического или термического воздействия закаленное стекло не растрескивается, а рассыпается. Это облегчает нахождение не только места повреждения на линии, но и поврежденного изолятора в гирлянде
При выборе изоляторов необходимо учитывать не только первоначальные затраты на приобретение, но и эксплуатационные расходы, включая стоимость обслуживания, ремонта и замены. Полимерные изоляторы, несмотря на более высокую первоначальную стоимость, могут быть экономически выгодными благодаря меньшим эксплуатационным затратам.
Особенности монтажа и обслуживания
Специальная головка изолятора под провод позволяет монтировать провода без использования раскаточных роликов, что существенно упрощает монтаж. Конструктивные особенности современных изоляторов направлены на упрощение монтажных работ и снижение трудозатрат при строительстве линий электропередачи.
• Регулярный визуальный контроль состояния изоляторов
• Измерение сопротивления изоляции в профилактических целях
• Очистка изоляторов от загрязнений согласно графику
• Замена поврежденных изоляторов без отключения линии (при возможности)
Хорошее обтекание изолятора способствует уменьшению загрязнения, лучше происходит его самоочистка дождем и ветром и, как следствие, уровень изоляции всей гирлянды не снижается значительно Аэродинамические характеристики изоляторов играют важную роль в их самоочистке и поддержании стабильных электрических параметров.
Часто задаваемые вопросы
Источники информации: ГОСТ 6490-2017, ГОСТ 27661-88, ГОСТ Р 55195-2012, МЭК 60383, техническая документация производителей изоляторов, научные публикации в области электроэнергетики, данные эксплуатирующих организаций за 2024-2025 годы.
